ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΤΟΙΚΙΑΣ

Το εμβαδό του οικοπέδου είναι 2460 τ.μ. και η κατοικία που προβλέπεται έχει εμβαδό 161.40 τ.μ. και όγκο 609.82 κ.μ. Η σύνθεση υιοθέτησε τις αρχές του περιβαλλοντικού σχεδιασμού, όσον αφορά τον σωστό προσανατολισμό του κτιρίου, την εξοικονόμηση ενέργειας καθώς επίσης και την άρτια θερμική συμπεριφορά του καθ’ όλη τη διάρκεια του χρόνου. Σημαντική παράμετρος ήταν οι ανάγκες της τετραμελούς οικογένειας. Γενικά, το οικόπεδο δεν θέτει ιδιαίτερους περιορισμούς αφού αφήνει ελεύθερη την επιλογή τοποθέτησης της κατοικίας μέσα σε αυτό και δεν έχει έντονες κλίσεις.

Στόχος της μελέτης, ήταν η ισορροπία μεταξύ των αρχών του περιβαλλοντικού σχεδιασμού με τις αισθητικές και οικονομικές απαιτήσεις. Επίσης, η επίτευξη άμεσου και έμμεσου ενεργειακού κέρδους με σωστή επιλογή υλικών και συστημάτων στο κέλυφος και στο εσωτερικό. Κύρια πηγή ενέργειας είναι τα φωτοβολταϊκά συστήματα που καλύπτουν τις νότια προσανατολισμένες στέγες και έχει υπολογιστεί ότι παράγουν περίπου 5200kWh  το χρόνο ώστε να καλύπτουν όλες τις  βασικές ανάγκες σε ηλεκτρική ενέργεια της κατοικίας. Οι χώροι που απαιτούνται για την υποστήριξη του συστήματος, όπως και αυτοί που απαιτούνται για την τοποθέτηση των διατάξεων αποθήκευσης της ηλιακής ενέργειας καθώς και της αποθήκευσης του ζεστού νερού, καταλαμβάνουν τους βοηθητικούς χώρους κάτω από τις στέγες και τμήμα του υπογείου.
          



Γενική περιγραφή του έργου

Λειτουργία και μορφή
Η κατοικία σχεδιάστηκε για να καλύψει τις ανάγκες μιας τετραμελούς οικογένειας. Διαμορφώνεται σε δυο κυρίως επίπεδα ενώ διαθέτει και υπόγειους βοηθητικούς χώρους. Το πρώτο επίπεδο έρχεται σε συνέχεια με τον εξωτερικό χώρο ώστε να επιδιώκεται η ένωση του εσωτερικού χώρου με το φυσικό περιβάλλον του σπιτιού.
Στο ισόγειο χώρο έχουν οργανωθεί οι καθημερινοί χώροι, κουζίνα, σαλόνι, τραπεζαρία, μπάνιο, γραφείο και ένα υπνοδωμάτιο. Όλοι οι χώροι υποστήριξης μπάνιο, κουζίνα, αποθήκη και το δωμάτιο /ξενώνας είναι τοποθετημένα στο πίσω μέρος του σπιτιού
που έχει βόρειο προσανατολισμό. Το σαλόνι, η τραπεζαρία και το γραφείο που χρησιμοποιούνται το περισσότερο χρόνο οργανώνονται κατά μήκος της νότιας πλευράς. Το δεύτερο επίπεδο/ όροφος περιλαμβάνει δυο υπνοδωμάτια και ένα μπάνιο. Η σκάλα κατέχει σε επίπεδο κάτοψης ένα κεντρικό χώρο αφενός για λειτουργικούς λόγους και αφετέρου για να δημιουργήσει ένα επιπλέον χώρο προστασίας από το Βορά (ενδιάμεσος χώρος ανάσχεσης).
Τον κύριο ρόλο ανάσχεσης των ανέμων και επιπλέον προστασίας από το Βορά
παίζει ο στεγασμένος χώρος στάθμευσης ο οποίος τοποθετείται κατά μήκος της βορινής πλευράς μειώνοντας τις θερμικές απώλειες.

Ενέργεια και άνεση
Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός δίνει έμφαση στην εσωτερική διαρρύθμιση των χώρων, στα άμεσα ηλιακά κέρδη, στην αποφυγή της υπερθέρμανσης κατά την περίοδο του καλοκαιριού, στο νυχτερινό αερισμό, τον παθητικό δροσισμό αλλά και τη θερμική αδράνεια του κτιριακού κελύφους. Η παρούσα μελέτη στοχεύει στη βελτιστοποίηση των ηλιακών κερδών και στον περιορισμό των απωλειών ενέργειας για να εξασφαλίζεται η θερμική άνεση το χειμώνα και το θέρος. Η βλάστηση περιορίζει τις προσόψεις που εκτίθενται στους βορειοδυτικούς ανέμους και επιτρέπει να ανοίγονται τα καθημερινά δωμάτια προς το νότο και να επωφελούνται από την ηλιακή ακτινοβολία. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιούνται αειθαλή φυτά στη βόρεια και δυτική πλευρά του κτιρίου για την μόνιμη προστασία όλο το χρόνο ενώ νότια φυτεύονται φυλλοβόλα δέντρα με στόχο το σκιασμό κατά το θέρος και τον ηλιασμό τον υπόλοιπο καιρό.


Κατόψεις κατοικίας (ισόγειο- όροφος)

Η κατοικία στεγάζεται με στέγη δύο κεκλιμένων επιπέδων με κεραμίδια.
Η μία  έχει κλίση προς το Βορά 30% με στόχο την αλλαγή κατεύθυνσης των  Βόρειων ανέμων της περιοχής. Σε αυτό συντελεί και ο στεγασμένος χώρος στάθμευσης στην Βόρεια πλευρά του σπιτιού με την ίδια ακριβώς κλίση. Σημειώνεται, ότι ο βόρειος τοίχος του είναι από σκυρόδεμα και μονώνεται εξωτερικά ώστε να αποτελεί ένα είδος ασπίδας στις θερμικές απώλειες.  Προς τη Νότια πλευρά έχουν διαμορφωθεί δυο μικρές κεκλιμένες στέγες με κλίση 44% ώστε να μπορούν να τοποθετηθούν πάνω τους σειρές φωτοβολταϊκών στοιχείων τα οποία θα παράγουν την απαραίτητη ηλεκτρική ενέργεια για τις ανάγκες του σπιτιού. Η κλίση των φωτοβολταϊκών  στοιχείων έχει υπολογιστεί να αποφέρει την μέγιστη απόδοση για την περιοχή της Θεσσαλονίκης.
 

Για την επίτευξη του ηλιασμού της κατοικίας δόθηκαν οι εξής λύσεις:
-    Ο άξονας του κτιρίου στράφηκε στην κατεύθυνση Βορά – Νότου. Η κάτοψη του  είναι ορθογώνια και είναι προσανατολισμένο έτσι ώστε η κύρια όψη να είναι νότια.
-    Οι κύριοι χώροι της κατοικίας τοποθετούνται στη νότια όψη η οποία διαμορφώθηκε  με πολλά μεγάλα ανοίγματα ώστε να επιτύχουμε το μέγιστο ηλιακό κέρδος και παράλληλα τον άμεσο φωτισμό του εσωτερικού

Όσον αφορά την προστασία από τον ήλιο,  τα ανοίγματα προστατεύονται από κουρτίνες και μονωμένα ρολά αλουμινίου. Γενικά, ο σκιασμός επιτυγχάνεται με σταθερά  προεξέχοντα στοιχεία, κατασκευασμένα από οπλισμένο σκυρόδεμα.
Επίσης συστήματα με περσίδες εξασφαλίζουν κατά το θέρος ηλιακή προστασία.

Ιδιαίτερα στη νότια όψη του κτιρίου, και στους δυο ορόφους, κατασκευάζεται ξύλινη πέργκολα η οποία καλύπτεται με φυλλοβόλα φυτά και βοηθά αποτελεσματικά στην σκίαση της κατοικίας τους θερινούς μήνες. Με βάση τη μελέτη της κίνησης του ήλιου, η πέργκολα είναι έτσι σχεδιασμένη ώστε κατά τη διάρκεια του χειμώνα η ηλιακή ακτινοβολία να μπορεί να φτάνει στο βάθος του εσωτερικού χώρου.

Όσον αφορά το φυσικό δροσισμό του κτιρίου, η διαμπερής τοποθέτηση των βόρειων και νότιων ανοιγμάτων δημιουργεί ρεύματα αέρα που βοηθούν στην ανανέωση του αέρα στο εσωτερικό. Στο φυσικό δροσισμό συντελεί επίσης το κλιμακοστάσιο το οποίο λειτουργεί  ως καμινάδα αερισμού  αξιοποιώντας το φαινόμενο του φυσικού ελκυσμού. Ο θερμός αέρας κινείται προς τα επάνω και έτσι δημιουργείται ρεύμα στο εσωτερικό των χώρων, μεταφέροντας τη θερμότητα εκτός του κτιρίου. Η λειτουργία της καμινάδας αερισμού γίνεται σε συνδυασμό με κατάλληλα ανοίγματα του κτιρίου.
Η παραγωγή ζεστού νερού για τις ανάγκες υγιεινής και για την κουζίνα εξασφαλίζεται από ένα σύστημα ηλιακού συσσωρευτή. Το θερμό νερό αποθηκεύεται σε δεξαμενή των 1000 λίτρων. Ως βοηθητική πηγή θέρμανσης χρησιμοποιείται εγκατάσταση καλοριφέρ (με καυστήρα φυσικού αερίου) και ενεργειακό τζάκι. Πρόκειται για μια εστία κλειστού τύπου κατασκευασμένη από πυρότουβλα με κατάλληλο πυρίμαχο τζάμι. Ο βαθμός απόδοσης της εστίας αυτού του τύπου είναι εξαιρετικά υψηλός (70–75 %) χάρη στην ελεγχόμενη καύση της. Το ενεργειακό τζάκι εξοικονομεί σημαντικά ποσά θερμικής ενέργειας και αποδεικνύεται ιδιαίτερα οικονομικό ως προς τη λειτουργία του.

Κατασκευαστικές επιλογές
Οι τοίχοι πάχους 30 εκ. δομής από μπατική τοιχοποιία και ιδιαίτερα ενισχυμένη μόνωση (ξυλόμαλλο, διογκωμένη πολυστερίνη και εναλλακτικά πανό πολυορεθάνης) οδηγούν όπως προκύπτει και από τους  υπολογισμούς που πραγματοποιούνται μέσω του λογισμικού «ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΑ» σε πολύ καλά αποτελέσματα θερμομόνωσης.
Οι πλάκες είναι κατασκευασμένες από οπλισμένο σκυρόδεμα και μόνωση με πανό πολυορεθάνης και πετροβάμβακα με αποτέλεσμα να καθυστερούν την μετάδοση θερμότητας από χώρο σε χώρο ή από χώρους του κτιρίου στην ύπαιθρο και να περιορίζουν έτσι τις θερμικές απώλειες.

Τα δάπεδα και η στήριξη της επιστέγασης είναι από τοπική ξυλεία.
Οι οροφές περιέχουν μονωτικές πλάκες ξυλόμαλλου (Heraklit) με ίνες ξύλου.
Τα κουφώματα είναι ξύλινα και έχουν διπλούς υαλοπίνακες για λόγους θερμομόνωσης και ηχομόνωσης. Η επιφάνεια τους (45τ.μ.) αντιστοιχεί στο 28% της επιφάνειας του κατοικήσιμου χώρου.

Η επίστρωση των εσωτερικών και εξωτερικών τοίχων έχει γίνει με ασβέστη ενώ για τις χρωματισμένες επιφάνειες χρησιμοποιούνται φυσικές βαφές.

Η επίστρωση του περιβάλλοντος χώρου με χώμα, πλάκες ή χόρτο, η τοποθέτηση δενδρυλλίων καθώς και η οργάνωση του κήπου που περιβάλλει το κτίσμα έχουν μελετηθεί για τις αλλαγές που θα επιφέρουν στο μικροκλίμα του περιβάλλοντος χώρου.

Ενεργειακή απόδοση του κτιρίου
Όλα τα δομικά στοιχεία που συνθέτουν την κατοικία (τοίχοι, οροφές, δάπεδα, ανοίγματα, παθητικά ηλιακά συστήματα) εξετάστηκαν με το πρόγραμμα ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΑ της π- SYSTEMS το οποίο είναι ειδικό στον τομέα της θέρμανσης και επομένως κατάλληλο για τον προσδιορισμό του βοηθητικού φορτίου θέρμανσης.
Από το διάγραμμα προκύπτουν τα θερμικά κέρδη όπως μοιράζονται ανά μήνα:

     


Από τον παραπάνω πίνακα διακρίνουμε ότι το συνολικό βοηθητικό φορτίο θέρμανσης για όλο το έτος υπολογίζεται στα 4064.95 Kwh. Αν το ανάγουμε στα τετραγωνικά της κατοικίας  καταλήγουμε ότι αντιστοιχούν σε 25 KWh/m2. Όταν για μια συμβατική κατοικία καταναλώνεται περίπου 40- 50 KWh ανά τετραγωνικό μέτρο, γίνεται εύκολα αντιληπτό ότι στη συγκεκριμένη κατοικία έχουμε μια μείωση της κατανάλωσης ενέργειας 50% ετησίως. Συμπεραίνουμε ότι με συγκεκριμένους  χειρισμούς που αφορούν τόσο το σχεδιασμό όσο και τις κατασκευαστικές επιλογές, επιτυγχάνεται μεγάλη εξοικονόμηση ενέργειας.

Πολύ σημαντικό ρόλο παίζουν τα υλικά που θα επιλεγούν για την πλήρωση των τοίχων και κυρίως τα πάχη και οι ιδιότητες των μονωτικών υλικών. Επιπλέον, η μορφή του κτιρίου, ο προσανατολισμός του, οι διαστάσεις και οι θέσεις των ανοιγμάτων συντελούν όλα μαζί στην σωστή λειτουργία του κτιρίου- εσωτερικές συνθήκες άνεσης- και φυσικά στην εξοικονόμηση ενέργειας. Τέλος στην παρούσα μελέτη, καθοριστικό ρόλο στον περιορισμό της χρήσης της ηλεκτρικής ενέργειας παίζουν τα φωτοβολταικά στοιχεία στη νότια όψη του κτίσματος που προσφέρουν ενέργεια επιπλέον της εξοικονομούμενης και ο φυσικός αερισμός του εσωτερικού χώρου.